Tässä artikkelissa käsitellään ARM Cortex A7 -suoritinarkkitehtuuria. Siihen perustuvia puolijohdetuotteita löytyy älypuhelimista, reitittimistä, taulutietokoneista ja muista mobiililaitteista, joissa sillä oli viime aikoihin asti johtava asema tällä markkinasegmentillä. Nyt se korvataan vähitellen uusilla ja tuoreemmilla prosessoriratkaisuilla.
Lyhyt tiedot ARM:sta
ARM:n historia alkoi vuonna 1990, kun Robin Saxby perusti sen. Sen luomisen perustana oli uusi mikroprosessoriarkkitehtuuri. Jos ennen sitä määräävä asema prosessorimarkkinoilla oli x86:lla tai CISC:llä, niin tämän yrityksen perustamisen jälkeen ilmestyi arvokas vaihtoehto RISC:n muodossa. Ensimmäisessä tapauksessa ohjelmakoodin suoritus vähennettiin 4 vaiheeseen:
- Hae koneen ohjeet.
- Suoritetaan mikrokoodin muunnos.
- Mikroohjeiden saaminen.
- Mikrokäskyjen vaiheittainen suoritus.
RISС-arkkitehtuurin pääidea oli, että ohjelmakoodin käsittely voidaan vähentää 2 vaiheeseen:
- Hae RISC-ohjeet.
- Käsitetään RISC-ohjeita.
Sekä ensimmäisessä että toisessa tapauksessa on sekä etuja että merkittäviä haittoja. x86 valloitti onnistuneesti tietokonemarkkinat ja RISC (mukaan lukien ARM Cortex A7, joka esiteltiin vuonna 2011) - mobiililaitteiden markkinat.
Cortex A7 -arkkitehtuurin esiintymisen historia. Tärkeimmät ominaisuudet
Cortex A8 toimi Cortex A7:n perustana. Kehittäjien pääideana tässä tapauksessa oli lisätä suorituskykyä ja parantaa merkittävästi prosessoriratkaisun energiatehokkuutta. Näin tapahtui lopulta ARM:n insinööreille. Toinen tärkeä ominaisuus tässä tapauksessa oli, että tuli mahdolliseksi luoda CPU big. LITTLE-teknologialla. Eli puolijohdekide voi sisältää 2 laskentamoduulia. Yksi niistä oli tarkoitettu ratkaisemaan yksinkertaisimmat tehtävät minimaalisella virrankulutuksella, ja pääsääntöisesti Cortex A7 -ytimet toimivat tässä roolissa. Toinen oli suunniteltu suorittamaan monimutkaisimpia ohjelmistoja, ja se perustui Cortex A15- tai Cortex A17 -laskentayksiköihin. Virallisesti "Cortex A7" esiteltiin, kuten aiemmin todettiin, vuonna 2011. No, ensimmäinen ARM Cortex A7 -prosessori julkaistiin vuotta myöhemmin, eli vuonna 2012.
Tuotantotekniikka
AluksiA7-pohjaiset puolijohdetuotteet valmistettiin 65 nm:n teknisten standardien mukaisesti. Nyt tämä tekniikka on toivottoman vanhentunut. Myöhemmin julkaistiin vielä kaksi A7-suorittimien sukupolvea 40 nm:n ja 32 nm:n toleranssistandardien mukaisesti. Mutta nyt niistä on tullut merkityksettömiä. Uusimmat tähän arkkitehtuuriin perustuvat CPU-mallit valmistetaan jo 28 nm:n standardien mukaan, ja juuri niitä löytyy edelleen myynnistä. Jatkoa siirtymistä uudempiin teknologisiin prosesseihin, joissa on uusia toleranssistandardeja ja vanhentunutta arkkitehtuuria, tuskin on odotettavissa. A7-pohjaiset sirut ovat nyt mobiililaitteiden markkinoiden edullisin segmentti, ja niitä korvataan vähitellen A53-pohjaisilla laitteilla, joiden suorituskyky on lähes samoilla energiatehokkuusparametreilla korkeampi.
Mikroprosessoriytimen arkkitehtuuri
1, 2, 4 tai 8 ydintä voivat olla osa ARM Cortex A7 -pohjaista suoritinta. Prosessorien ominaisuudet jälkimmäisessä tapauksessa osoittavat, että siru koostuu olennaisesti kahdesta 4 ytimen klusterista. 2-3 vuoden ajan lähtötason prosessorituotteet perustuivat siruihin, joissa oli 1 tai 2 laskentamoduulia. Keskitason miehittivät 4-ydinratkaisut. No, premium-segmentti oli 8-ytimen sirujen takana. Jokainen tähän arkkitehtuuriin perustuva mikroprosessorin ydin sisälsi seuraavat moduulit:
- Floating Point Unit (FPU).
- Kassataso 1.
- NEON-lohko suorittimen optimointiin.
- ARMv7-laskentamoduuli.
Seuraavia yleisiä oli myöskomponentit kaikille prosessorin ytimille:
- Cash L2.
- CoreSight-ydinohjausyksikkö.
- AMBA-dataväyläohjain 128 bitin kapasiteetilla.
Mahdolliset taajuudet
Tämän mikroprosessoriarkkitehtuurin enimmäiskellotaajuus voi vaihdella 600 MHz:stä 3 GHz:iin. On myös huomattava, että tämä parametri, joka ilmaisee suurimman vaikutuksen tietokonejärjestelmän suorituskykyyn, vaihtelee. Lisäksi taajuuteen vaikuttaa kolme tekijää kerralla:
- Ratkaistavan ongelman monimutkaisuus.
- Ohjelmiston optimoinnin tutkinto monisäikeistystä varten.
- Puolijohdekiteen lämpötilan nykyinen arvo.
Otetaan esimerkiksi A7-pohjaisen MT6582-sirun algoritmi, joka sisältää 4 laskentayksikköä, joiden taajuus vaihtelee 600 MHz:stä 1,3 GHz:iin. Lepotilassa tässä prosessorilaitteessa voi olla vain yksi laskentayksikkö ja se toimii matalimmalla mahdollisella 600 MHz taajuudella. Samanlainen tilanne tapahtuu, kun yksinkertainen sovellus käynnistetään mobiililaitteessa. Mutta kun tehtäväluetteloon ilmestyy resurssiintensiivinen lelu, jossa on optimoitu monisäikeinen, kaikki 4 ohjelmakoodin käsittelylohkoa taajuudella 1,3 GHz alkavat automaattisesti toimia. Kun prosessori lämpenee, kuumimmat ytimet laskevat taajuusarvoa tai jopa laskevatsammuttaa. Toisa alta tämä lähestymistapa tarjoaa energiatehokkuutta ja toisa alta hyväksyttävän sirun suorituskyvyn.
Välimuisti
ARM Cortex A7 tarjoaa vain 2 välimuistitasoa. Puolijohdekiteen ominaisuudet puolestaan osoittavat, että ensimmäinen taso on välttämättä jaettu 2 yhtä suureen puolikkaaseen. Yhden niistä tulisi tallentaa tietoja ja toisen - ohjeet. Kokonaisvälimuistin koko 1. tasolla voi teknisten tietojen mukaan olla 64 kt. Tuloksena saamme 32 KB dataa ja 32 KB koodia varten. 2. tason välimuisti riippuu tässä tapauksessa tietystä suorittimen mallista. Sen pienin tilavuus voi olla 0 Mt (eli poissa) ja suurin - 4 Mt.
RAM-ohjain. Ominaisuudet
Sisäänrakennettu RAM-ohjain toimitetaan minkä tahansa ARM Cortex A7 -prosessorin kanssa. Teknisen suunnitelman ominaisuudet osoittavat, että se keskittyy toimimaan yhdessä LPDDR3 RAM:n kanssa. RAM-muistin suositellut toimintataajuudet ovat tässä tapauksessa 1066 MHz tai 1333 MHz. Käytännössä tämän sirumallin suurin RAM-muistin koko on 2 Gt.
Integroitu grafiikka
Kuten odotettiin, näissä mikroprosessorilaitteissa on integroitu grafiikkaalijärjestelmä. ARM suosittelee oman Mali-400MP2-näytönohjaimen käyttöä tämän suorittimen kanssa. Mutta sen suorituskyky ei useinkaan riitä vapauttamaan potentiaaliamikroprosessorilaite. Siksi sirujen suunnittelijat käyttävät tehokkaampia sovittimia yhdessä tämän sirun kanssa, esimerkiksi Power VR6200.
Ohjelmistoominaisuudet
Kolmen tyyppisiä käyttöjärjestelmiä on kohdistettu ARM-prosessoreille:
- Android hakujätti Googlelta.
- iOS by APPLE.
- Microsoftin Windows Mobile.
Kaikki muut järjestelmäohjelmistot eivät ole vielä saaneet paljon jakelua. Kuten arvata saattaa, suurin markkinaosuus tällaisista ohjelmistoista on Androidilla. Tällä järjestelmällä on yksinkertainen ja intuitiivinen käyttöliittymä ja siihen perustuvat lähtötason laitteet ovat erittäin edullisia. Versioon 4.4 asti se oli 32-bittinen, ja versiosta 5.0 lähtien se alkoi tukea 64-bittisiä laskelmia. Tämä käyttöjärjestelmä toimii onnistuneesti kaikissa RISC-suorittimissa, mukaan lukien ARM Cortex A7. Suunnitteluvalikko on toinen tärkeä tämän järjestelmäohjelmiston ominaisuus. Sen avulla voit määrittää merkittävästi uudelleen käyttöjärjestelmän ominaisuuksia. Pääsy tähän valikkoon saadaan käyttämällä koodia, joka on yksilöllinen kullekin CPU-mallille.
Toinen tämän käyttöjärjestelmän tärkeä ominaisuus on kaikkien mahdollisten päivitysten automaattinen asennus. Siksi jopa uusia ominaisuuksia saattaa ilmestyä ARM Cortex A7 -perheen siruihin. Laiteohjelmisto voi lisätä niitä. Toinen järjestelmä on suunnattu APPLE-mobiililaitteisiin. Tällaiset laitteet ovat pääasiassa premium-segmentissä ja niillä on vastaava suorituskyky ja hinta. Uusin OS edessä Windows Mobile ei ole vielä saanutloistava jakelu. Siihen perustuvia laitteita on missä tahansa mobiililaitteiden segmentissä, mutta pieni määrä sovellusohjelmistoja tässä tapauksessa estää sen jakelun.
Prosessorimallit
Edullisimmat ja tuottavimmat tässä tapauksessa ovat 1-ytimiset sirut. Niistä yleisin oli MediaTekin MT6571. Ylhäällä ovat ARM Cortex A7 Dual Core -suorittimet. Esimerkki on saman valmistajan MT6572. Quad Core ARM Cortex A7 tarjosi vielä paremman suorituskyvyn. Tämän perheen suosituin siru on MT6582, joka löytyy nyt jopa lähtötason mobiililaitteista. No, korkeimman suorituskyvyn tarjosivat 8-ytiminen keskusprosessorit, joihin MT6595 kuului.
Jatkokehitysnäkymät
Toistaiseksi kauppojen hyllyiltä löytyy edelleen mobiililaitteita, jotka perustuvat 4X ARM Cortex A7:ään perustuvaan puolijohdeprosessorilaitteeseen. Nämä ovat MT6580, MT6582 ja Snapdragon 200. Kaikki nämä sirut sisältävät 4 laskentayksikköä ja niillä on erinomainen energiatehokkuus. Myös kustannukset ovat tässä tapauksessa erittäin, hyvin vaatimattomat. Mutta silti tämän mikroprosessoriarkkitehtuurin parhaat ajat ovat takanapäin. Siihen perustuvien tuotteiden myynnin huippu putosi vuosille 2013-2014, jolloin sillä ei käytännössä ollut vaihtoehtoa mobiililaitteiden markkinoilla. Lisäksi tässä tapauksessa puhumme budjettilaitteista, joissa on 1 tai 2laskentamoduuleja ja lippulaivalaitteita, joissa on 8-ytiminen prosessori. Tällä hetkellä Cortex A53, joka on pohjimmiltaan A7:n muunneltu 64-bittinen versio, pakottaa sen vähitellen pois markkinoilta. Samalla hän säilytti edeltäjänsä tärkeimmät edut täysin ja täysin, ja tulevaisuus on ehdottomasti hänen.
Asiantuntijoiden ja käyttäjien mielipide. Todellisia arvosteluja siruista, jotka perustuvat tähän arkkitehtuuriin. Vahvuudet ja heikkoudet
Varmasti mikroprosessorilaitteiden ARM Cortex A7 -arkkitehtuurin ilmestymisestä on tullut merkittävä tapahtuma mobiililaitteiden maailmalle. Paras todiste tästä on, että siihen perustuvia laitteita on myyty menestyksekkäästi yli 5 vuoden ajan. Tietenkin nyt A7-pohjaisen CPU:n ominaisuudet eivät enää riitä edes keskitason tehtävien ratkaisemiseen, mutta tällaisten sirujen yksinkertaisin ohjelmakoodi toimii silti onnistuneesti. Tällaisten ohjelmistojen luettelo sisältää videon toiston, äänitallenteiden kuuntelemisen, kirjojen lukemisen, netissä surffauksen, ja jopa yksinkertaisimmat lelut alkavat tässä tapauksessa ilman ongelmia. Tähän keskittyvät johtavat mobiililaitteisiin ja -laitteille omistetut teemaportaalit, sekä tämän tyyppiset johtavat asiantuntijat että tavalliset käyttäjät. A7:n tärkein haittapuoli on 64-bittisen tietojenkäsittelyn tuen puute. No, sen tärkeimpiä etuja ovat energiatehokkuuden ja suorituskyvyn täydellinen yhdistelmä.
Tulokset
Varmasti ARM Cortex A7 -arkkitehtuuri on kokonaisuusaikakaudella mobiililaitteiden maailmassa. Mobiililaitteista tuli sen myötä edullisia ja melko tuottavia. Ja pelkkä tosiasia, että sitä on myyty menestyksekkäästi yli 5 vuoden ajan, on toinen vahvistus tälle. Mutta jos siihen perustuvat vempaimet valloittivat aluksi markkinoiden keski- ja premium-segmentit, nyt niille on jätetty vain budjettiluokka. Tämä arkkitehtuuri on vanhentunut ja siitä on vähitellen tulossa menneisyyttä.
